0 前言

    随着经济全球化趋势的加剧，数字化制造越来越引起人们的关注，这和产品制造过程的重要性密不可分，任何创新的产品如果不能被高效率的制造出来都毫无意义，并且制造过程的成本通常占总成本的70%以上，因此通过应用数字化制造技术来优化制造工艺及提高制造效率的意义十分重大，且前景广阔。据报道，运营好的企业约有50%使用数字化虚拟制造系统支持产品设计流程、制造流程的并行开发，使工艺人员在产品开发前期，就参与产品研发，提高产品可制造性；约有45%的企业对制造工艺和过程重用，避免所有设计都从头开始。CIMdata咨询公司的调查(2003)显示，采用了数字化制造技术的汽车制造企业，其产品推向市场的速度增加了30%，重复设计减少了65%，生产规划流程精简了40%，平均产量增长了15%。

    中国制造业正处于由‘中国制造’向‘中国创造’调整和转型的关键时期，智能制造已上升为国家战略。目前，我国的制造业多停留在低端加工阶段，基础工业、核心技术、制造工艺、信息化智能化技术与发达国家还有较大差距，特别是制造工艺的仿真分析优化还处于初级阶段，导致设计出的同样产品，由于未能经过充分的制造工艺优化，造成制造可靠性得不到保证，故障率居高不下，使产品的竞争优势大打折扣。随着动力换挡、无级变速拖拉机产品的日趋复杂，自动化、智能化程度越高，建立数字化制造仿真分析平台，通过定量手段，对制造工艺和过程进行成本、变更的优化分析，保证可制造性前提下，实现快速、低成本、高质量的制造，提高企业核心竞争力。

1 数字化制造概念

    1.1 数字化制造

    数字化制造是利用数字化技术的工具软件在实物产品被生产制造出来之前，进行工艺规划、设计、仿真和管理的过程。数字化制造的内涵即数字化产品 (Product)、数字化工艺流程规划(Process)、数字化工厂布局规划(Plant)、车间生产数字化管理(Production)和数字化制造资源(Resource)，这里的资源既包括数字化设备(比如数控加工中心、机器人等)，也包括工具、工装和操作工人。数字化制造技术弥补产品设计与制造之间的鸿沟，使得在虚拟环境中开发设计的产品，在被投入车间正式生产之前，可以在虚拟环境中进行工艺规划、设计和仿真。产品设计保证产品能够达到性能上的要求，解决做什么产品问题；数字化制造保证产品制造能够达到设计上的技术参数和精度要求，又要高效保质低成本，解决了如何制造问题。在进入产品的制造周期，数字化制造与制造执行系统(MES)有着紧密的联系。MES系统按照数字化制造规定的工艺完成实际的制造过程。因此MES与数字化制造系统需要实现双向的信息集成。在产品实施过程中，约有40%～60%的时间要用于工艺规划生产准备。见图1。

图1 数字化制造功能与所占周期时间比例

    1.2 数字化工厂

    数字化工厂布局规划是数字化制造的一部分，通过利用三维方式快速设计高效工厂的布局；利用物流分析优化发现设计缺陷和瓶颈，提高规划的准确性和效率；一次建模可以在产品全生命周期过程中需要提高产能或增加产品种类时，进行产量仿真；并能最大限度地减少资本投资和提高生产效率。

图2 数字化工厂架构